华为成为碳化硅的最大“赛道投资者”之一

本文系基于公开资料撰写,仅作为信息交流之用,不构成任何投资建议。

华为正全面进攻功率器件,包括IGBT、SiC和GaN。其中似乎尤其看好SiC(碳化硅)。在SiC领域,华为可以说投资了一整条产业链,涵盖SiC衬底、SiC外延、SiC器件、SiC衬底制造设备。

华为究竟在下怎样一局大棋?

01

SiC产业链一览

SiC的产业链主要由单晶衬底、外延、器件、制造和封测等环节构成。

SiC衬底处于宽禁带半导体产业链的前端,是前沿、基础的核心关键材料。而SiC单晶在自然界极其稀有,几乎不存在。只能依靠人工合成制备。

目前工业生产SiC衬底材料以物理气相升华法为主,这种方法需要在高温真空环境下将粉料升华,然后通过温场的控制让升华后的组分在籽晶表面生长从而获得SiC晶体。整个过程在密闭空间内完成,有效的监控手段少,且变量多,对于工艺控制精度要求极高。

图源:天科合达招股书

衬底电学性能决定了下游芯片功能与性能的优劣,为使材料能满足不同芯片的功能要求,需要制备电学性能不同的SiC衬底。按照电学性能的不同,SiC衬底可分为低电阻率的导电型SiC衬底,和高电阻率的半绝缘型SiC衬底。

与传统的硅基器件不同,碳化硅衬底的质量和表面特性不能满足直接制造器件的要求,因此在制造大功率和高压高频器件时,不能直接在碳化硅衬底上制作器件,而必须在单晶衬底上额外沉积一层高质量的外延材料,并在外延层上制造各类器件。这就形成了SiC外延产业。

在导电型SiC衬底上生长SiC外延层制得SiC外延片,可进一步制成功率器件,功率器件是电力电子行业的重要基础元器件之一,广泛应用于电力设备的电能转化和电路控制等领域。

应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域;在半绝缘型SiC衬底上生长氮化镓外延层制得SiC基氮化镓(GaN-on-SiC)外延片,可进一步制成微波射频器件,微波射频器件是实现信号发送和接收的基础部件,是无线通讯的核心,主要包括射频开关、LNA、功率放大器、滤波器等器件,应用于5G通讯、雷达等领域。随着全球 5G 通讯技术的发展和推广,5G 基站建设将为射频器件带来新的增长动力。

02

华为:爆发的拐点将至

去年9月底,华为发布了《数字能源2030》白皮书,白皮书中指出,“电力电子技术和数字技术成为驱动能源产业变革的核心技术”。未来的能源系统以可再生能源最大限度地开发利用、能源效率最高为目标,对能源输送和控制的安全、高效、智能等方面提出更高的要求,具体包括适应新能源电力的输送和分配的网络,与分布式电源、储能等融合互动的高效终端系统,与信息系统结合的综合服务体系等。这些都需要通过电力电子化设备进行运行、补偿、控制。

而目前这些设备中所使用的基本都还是硅基器件,硅基器件的参数性能已接近其材料的物理极限,无法担负起未来大规模清洁能源生产传输和消纳吸收的重任,节能效果也接近极限。

在这样的背景下,将带来新型功率半导体应用需求大幅提升,以碳化硅为代表的第三代半导体功率芯片和器件,以其高压、高频、高温、高速的优良特性,能够大幅提升各类电力电子设备的能量密度,降低成本造价,增强可靠性和适用性,提高电能转换效率,降低损耗。

华为强调,未来十年是第三代功率半导体的创新加速期,渗透率将全面提升。而碳化硅产业链爆发的拐点临近,市场潜力将被充分挖掘。

据Yole预计,碳化硅器件应用空间将从2020年的6亿美金快速增长到2030年的100亿美金,呈现高速增长之势。华为预计在2030年光伏逆变器的碳化硅渗透率将从目前的2%增长到70%以上,在充电基础设施、电动汽车领域渗透率也超过的80%,通信电源、服务器电源将全面推广应用。

华为还指出,新材料和数字化重新定义电动汽车驾乘体验和安全。按照他们的说法,宽禁带半导体全面应用和数字化控制技术全面协同,推进电动汽车极致能效比。随着电力电子技术相关功率器件、拓扑及控制算法的升级,电源部件将达到新的极致高效。尤其是碳化硅等器件新技术、新材料的应用。

03

华为的SiC全产业链投资布局

SiC衬底:山东天岳和北京天科合达

我国的碳化硅衬底研究从 20 世纪 90 年代末才起步,并在发展初期受到技术瓶颈和产能规模限制而未能实现产业化,与国际先进水平相比存在较大差距。长期以来,碳化硅衬底的核心技术和市场基本被欧美发达国家垄断,主要有美国WolfSpeed公司、美国 II-VI公司和德国SiCrystal 公司等,并且产品尺寸越大、技术参数水平越高,其技术优势越明显。

国际主要碳化硅晶片生产企业已实现 6 英寸晶片规模化供应,其中美国CREE、II-VI 公司在碳化硅晶片制造产业中拥有尺寸的代际优势,已成功研制并投资建设8英寸晶片产线。进入21世纪以来,在国家产业政策的支持和引导下,我国碳化硅衬底产业发展大幅提速。据不完全统计我国从事碳化硅衬底研制的企业已经有30多家,这个数量不算少。

华为在《数字能源2030》白皮书中指出,SiC的瓶颈当前主要在于衬底成本高,大约是硅的4-5倍,预计到2025年前,价格会逐渐降为与硅持平。在新能源汽车、工业电源等应用的推动下,SiC在价格、性能和可靠性将进一步得到改善。在SiC衬底领域,华为哈勃投资了山东天岳和北京天科合达。

山东天岳成立于2010年11月,主要产品包括半绝缘型和导电型SiC衬底。经过十余年发展,公司已掌握涵盖了设备设计、热场设计、粉料合成、晶体生长、衬底加工等环节的核心技术,自主研发了不同尺寸半绝缘型及导电型SiC衬底制备技术。据Yole的统计,2019年及2020年山东天岳已跻身半绝缘型SiC衬底市场的世界前三。

北京天科合达于2006年9月由新疆天富集团、中国科学院物理研究所共同设立,为全球SiC晶片的主要生产商之一,公司主要产品为4英寸和6英寸碳化硅晶片,并已启动8英寸晶片研发工作。而且还自主研发设计了SiC单晶生长设备,可用于4到6寸导电及半绝缘型SiC单晶的生长制备。

依托于中国科学院物理所多年在SiC领域的研究成果,天科合达在国内较早建立了完整的SiC晶片生产线,突破了缺陷抑制、快速生长和籽晶处理等关键技术,形成了具有自主知识产权的完整技术路线。目前公司拥有一个研发中心和三家全资子公司,产业涵盖SiC单晶炉制造、SiC单晶生长原料制备和SiC单晶衬底制备。

SiC外延:瀚天天成和东莞天域

在SiC外延片领域,我国已经取得了可喜的成果。六英寸的碳化硅外延产品可以实现本土供应,建成或在建一批专用的碳化硅晶圆厂等。在这方面,华为哈勃投资了瀚天天成和东莞天域。

瀚天天成成立于2011年,目前可提供标准的3英寸、4英寸和6英寸碳化硅外延晶片,应用于600V~6500V碳化硅电力电子功率器件,包括用于肖特基二极管(SBD)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结型场效应晶体管(JFET)和双极结型晶体管(BJT)的制作。

2021年3月,瀚天天成联合电子科技大学、中国科学院相关院所、重庆伟特森电子科技有限公司,突破了碳化硅超结深槽外延关键制造工艺,助力国产高性能超结碳化硅器件研发。

据天域半导体官网信息,天域是中国第一家从事SiC 外延晶片市场营销、研发和制造的民营企业。2010年,天域与中国科学院半导体研究所合作,共同创建了SiC研究所,天域半导体研发团队的基础是2011年引进的以王占国院士为首的7名中科院半导体所研究员所组成的广东省创新科研团队。天域是国内最早实现6英寸外延晶片量产的企业,与此同时,公司也已提前布局国内8英寸SiC外延晶片工艺线的建设,目前正积极突破研发8英寸SiC工艺关键技术。

SiC设备:特思迪

近日,华为哈勃投资的北京特思迪半导体设备有限公司,特思迪减薄、抛光、CMP的系统解决方案和工艺设备,具有多种丰富的化合物半导体工艺和设备制程技术,可以提供如SiC、GaN等半导体衬底材料的减薄、研磨、抛光、贴蜡、刷洗设备和工艺解决方案。研磨抛光是将衬底表面加工至原子级光滑平面,衬底的表面状态,例如表面粗糙度,厚度均匀性都会直接影响外延工艺的质量。

SiC器件:东微半导体

2020年7月,华为还投资了东微半导体,东微研发团队在宽禁带半导体研究上有丰富的经验,相继研发了并联SiC的IGBT及宽禁带场效应晶体管。目前量产的并联SiC二极管的新一代高速IGBT,大幅改善了Eon、trr、 Qrr和Qg等特性,适合在追求极限效率的系统中使用,支持80-100kHz的高速开关和图腾柱无桥PFC应用。

04

结语

得碳化硅者得天下,华为自是不会放过这么大一块肉。华为的光伏逆变器出货量在全球居首,如果把握了SiC的供应,则能很好的对新能源终端器件市场进行把控。再者,华为想进军汽车Tier1,SiC的作用自然不言而喻。

业界猜测,华为做如此周密的全产业链战略投资布局,除了实现供应链闭环之外,或将是为了未来建厂。(作者:杜芹DQ)

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料友留言(数量:4条)

料友:老资料网友449 2022-02-28 10:37
中国各个行业企业家,学习华为企业精神,把研发制造永远放在第一位,产业链建设完整。防止外国垄断政策,防止外国政策。
料友: 2022-02-28 18:21
这是碳化硅芯片啊,果然是有备胎。
料友:老资料网友449 2022-02-28 20:26
山西牛逼
料友:用户1i579cs 2022-03-02 03:16
好,支持!!!支持华为!!!!支持祖国!!!!继续努力加油
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